基于遗传算法的变循环航空发动机部件级建模与优化

madio

摘 要：
本文研究了题目中的所有问题，对问题一、二中的双涵道（涡扇）模式和
问题三中的单涵道（涡喷）模式分别建立了相应模式下的部件模型和整机气动
热力学模型，利用遗传算法能解决高复杂性、多变量非线性方程问题的优点，
2 S& Z  A% U1 }! R4 L本文基于遗传算法对各个模型进行求解与优化，并最终获得了相应结果。
针对问题一：
# c( P* p0 \, @% E首先，作出风扇的特性曲线图；对图进行分析可知：对于某一特定换算转速
1 c- r6 r: a4 j" d+ c# e下，当压比函数值不断减小时，流量逐渐趋近平稳；当压比函数值一定时，换算
转速越大流量就越大，当压比函数值增大到一定程度后流量会减小。
' R3 ~+ Z: y3 R; @- ]其次，分别对进气道、风扇和CDFS 进行建模，运用二次线性插值获得对应
的流量和效率代入模型，用牛顿迭代法反解出口总温；结果如下表1 所示：
表1 问题一的数值结果
参数名称
( [  y5 l: ]8 |& `' S! e6 E7 C部件名称
出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
) @3 D% G" J( y3 V6 J& b6 Z. T: Y风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.0
CDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
针对问题二：
此问题是发动机处于双涵（涡扇）工作模式的研究，首先，对此模式下发动
机各个部件进行了建模，之后根据气动热力学过程对各部件模型进行整合建成整
& ]& e/ T1 Y! S机模型，确定非线性方程组。
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其次，根据发动机的平衡方程确立非线性方程组的求解约束条件：
1 | ( - * ERR  NCL NTL mL ) / NTL *mL| （1）
2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  （2）
& h& P3 Z! x) ^' '
9 E, W/ R& s: Y0 M) P+ L9 h41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
" z: W& c( l1 D' '
45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
/ S6 a" W: q. k5 u9 i3 j7 B' '
( p2 u1 g( d& j, K: G8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR  W W W W W （7）
最后，采用遗传算法解非线性方程。但由于遗传算法为仿生算法，每次运行
$ G8 y. B6 B! d1 Y程序的结果可能不尽相同，但是每次运算的误差是保证在10%以内的，这保证了
模型及结果的有效性。求解结果如下表2 所示：
9 l3 e; p1 r+ a5 a4 {表2 非线性方程组的求解结果
7 A  A' I) N+ G2 J变量名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z
' K7 z0 u" y+ g) A6 v7 h求解结果 0.9157 0.3332 0.6367 0.5835 1551.490 0.6620 0.8939
8 z1 [6 `8 S. ]) @针对问题三：
此问题中发动机处于单涵模式工作状态，本问题其实是在发动机最优性能的
! L( I6 f+ I! S8 A$ G' l& i1 u条件下，通过调节规律t 4 T  const，求出三个导叶角的最优组合值。首先，在性
- @0 k5 i: I: J" o7 h) M能最优的条件下，从发动机设计全局出发，建立单涵模式下发动机性能最优模型。
通过对实际情况的考虑，把发动机的单位推力最大化作为评价标准，模型求解结
果如下表3 所示：
表3 发动机性能最优时各变量取值
7 t$ m) {0 o! Q5 o) I5 |$ q变量
名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
求解
) D6 L; V) C7 M; K/ K结果 0.997 0.958 0.045 0.032 1700 0.025 0.020 8.431 3.296 0.888
. G8 ~! j0 s% e对于第三大问中的问题（2）由于能力有限，没能达到较好的收敛效果，变
量较多导致结果跳变较大，最后决定每次合理的确定三个所求量中的两个来对
& Y  t" H6 [# i2 j. I; ]* B第三个进行求值，以获得不同马赫数下的变量，进而得出变化规律。如下图所
- T4 S, b8 o$ h. |, \$ y示：
（a）推力随a M 变化规律 （b）CDFS 导叶角度变化
% L* k9 k0 }! t: n（c）低压涡轮导叶角变化 （d）喉管面积随a M 变化规律
& K; O: v9 M2 q6 f# ?图1 单涵模式发动机性能最优几何变量随马赫数的变化规律
# ^$ d, X+ K, t' `4 \8 [关键词：变循环航空发动机，部件级建模，遗传算法，双涵模式，单涵模
+ z  _; b! Z% g+ w/ ?/ n, H
) y5 p: K) K: \0 e" y3 w6 c

caiyuhao007

谢谢楼主！

模天大楼

很不错的诶

kassinvin

太给力了，谢谢分享！

madio

Enjoy972430161 发表于 2014-8-31 14:51
给力，这些应该都是一等奖吧

都是一等奖的

Enjoy972430161

给力，这些应该都是一等奖吧

鹏程万里2014

感谢站长的倾情整理